축전지의 종류

안티몬 대신에 칼슘을 사용한 축전지는 물을 전혀 보충하지 않아도 되도록(실제로 물을 보충할 수 없는 구조로) 생산된다.

즉, 자동차 전원회로가 정상(＝전압 일정)일 경우, 축전지 수명이 다할 때까지 제조 시에 극판 위에 채워진 전해액이면

충분할 정도로 물의 증발량이 감소되었다.

이런 종류의 축전지의 또 하나의 장점은 자기방전률이 아주 낮다는 점이다.

완전 충전상태로 1달 이상 장기간 방치해도 사용상 지장이 없다.

그러나 납-칼슘-축전지는 방전정도가 낮아, 자동차발전기에 의해 완전 충전이 가능할 경우에만 적당하다.

외부전원에 의한 충/방전 사이클을 반복해야하는 경우 예를 들면, 전기지게차와 같은 경우는

기존의 납-안티몬-축전지 보다 오히려 불리하다.

따라서 보조전원용 축전지도 (＋)극판 격자에는 약 1.3% 정도의 안티몬을, (－)극판 격자에는

칼슘을 합금하여 충/방전 사이클에 대한 내구성을 증대시키기도 한다.

납-칼슘-축전지를 외부전원으로 충전시킬 경우엔 충전전압이 셀 당 2.3~2.4V 이상을 초과해서는 안 된다.

즉, 정전류충전 또는 급속충전할 경우, 모든 종류의 납축전지는 필연적으로 물을 소비한다.

(2) 내(耐)-사이클 축전지(cycle-proof battery)

내 사이클 축전지란 소모성 방전을 반복해도 극판의 마모가 적은 축전지를 말한다.

기존의 축전지는 그 구조상(극판 두께, 격리판 재질 등), 소모성 방전을 반복하게 되면

특히 (＋)극판의 작용물질이 분리되어 (＋)극판의 마모가 크게 증가한다.

(＋)극판을 유리섬유로 된 격리판으로 지지하여 작용물질의 조기침전을 방지하는 구조,

그리고 격리판 대신에 플라스틱 봉투에 (＋)극판을 넣어, 극판으로부터 분리된 작용물질들이

극판 간에 단락을 발생시킬 수 없는 구조인 형식이 있다.

후자는 침전조를 없앨 수 있기 때문에, 기존의 축전지와 외형의 크기가 같을 경우, 극판을 크게 할 수 있다.

따라서 용량 및 시동출력도 증가한다.

(3) 내진동(耐振動) 축전지(vibration-proof battery)

모든 극판을 케이스 내에 고정하여 축전지 케이스에 대한 극판의 상대운동을 방지한 구조의 축전지이다.

DIN 규격은 내진동 축전지는 주파수 22Hz, 수직방향 최대가속도 6g(1g＝9.81m/s²)로 20시간에 걸친

사인파 진동시험에 견딜 수 있어야 한다고 규정하고 있다.

이러한 요구조건은 기존의 축전지에 비해, 약 10배 정도로 진동에 대한 내성(耐性)을 강화한 것이다.

이 형식의 축전지는 대형 디젤자동차, 건설기계, 농용차량 등에 주로 사용된다.

(4) AGM(Absorbent Glass Mat : 흡수성 유리섬유) 축전지

AGM-축전지로 더 잘 알려져 있는, VRLA-축전지는 Valve Regulated Lead Acid 즉, 릴리프밸브를 갖춘 납-축전지를 말한다.

최신 자동차의 전기시스템이 필요로 하는 에너지는 계속적으로 증가하고 있기 때문에 더욱더 효율적인 축전지 대책이 요구되고 있다.

오늘날 고급 대형 승용자동차에는 전기식 액추에이터(actuator)가 100개 이상이다.

이 외에도 점점 더 표준이 되어가고 있는 안전요소들, 환경요소들 및 안락요소들이 많은 전기를 소비하고 있다.

(예 : ABS, DSC, EPS, 가열식 촉매기, 새시 전자제어, 에어컨 그리고 내비게이션 등).

또 자동차 시동을 끈 상태에서도 아주 많은 전기를 소비한다.

기존의 축전지에 비해 AGM-축전지의 장점은 다음과 같다.
• 현저하게 길어진 수명
• 높은 시동전류를 요구하는 엔진의 확실한 시동 보장
• 정비가 전혀 필요 없음
• 사고(파손) 시 위험 감소(환경오염 위험감소)

흡수성 유리섬유 기술이 적용된 AGM-축전지에서는 이제까지 사용된 납-칼슘-축전지에서와는

반대로 황산용액이 축전지 하우징 내에서 자유롭게 흐르지 않는다.

그 대신에 황산용액은 유리섬유(격리판) 매트에 100% 구속되어 있다.

따라서 축전지 손상 시에도 전해액이 누출되지 않으며, 기울기 각도 70°까지 허용된다.

이 외에도 AGM-축전지는 가스가 누설되지 않도록 밀폐되어 있다.

이는 격리판의 투과성 때문에 가스가 다시 물로 변환되기 때문에 가능하다. 그리고 은합금제 (＋)격자를 사용한다.

AGM-축전지의 외관상 특징은 하우징이 흑색이며, 소위 매직-아이가 없다.

① AGM-축전지의 특징

AGM-축전지는 기존의 납-칼슘-축전지에 비해 다음과 같은 특징을 가지고 있다.
• 큰 극판 : 극판의 크기가 크기 때문에 출력밀도가 약 25% 정도 향상되었다.
• 유리섬유 격리판 : 유리섬유 격리판을 사용함으로써 충전 사이클 저항성이 3배까지 향상되었다.

                          따라서 냉시동능력, 소비전류 그리고 수명이 개선된다.
• 릴리프밸브가 설치된, 밀폐형 하우징 : 셀-플러그는 밀폐되어 있기 때문에 열 수 없다.
• 유리섬유에 구속되어 있는 전해액 : 전해액은 이전처럼 하우징 안에 자유롭게 존재하는 것이 아니라,

                                               유리섬유에 100% 구속되어 있다.

                                 따라서 누출에 대한 안전성이 개선되었으며, 결과적으로 환경오염위험이 그만큼 감소되었다.

② AGM-축전지의 작동원리

AGM-축전지는 충전 시 물질을 보존하는 특성과 환경 친화적인 특성 측면에서 기존의 축전지와 구별된다.

자동차 축전지의 충전 시에는 물의 전기분해에 의해 산소와 수소가 발생한다.

기존의 납-칼슘-축전지에서는 두 종류의 가스, 모두가 대기 중으로 방출된다.

그러나 AGM-축전지에서는 두 종류의 가스는 다시 물로 변환된다.

충전 시 (＋)전극에서 발생한 산소는 투과성 유리섬유를 거쳐 (－)전극으로 이동하여,

그 곳에 있는 수소이온과 반응하여 물이 된다.(산소 사이클) → 따라서 전해액이 손실되지 않는다.

가스가 많이 생성되었을 때 즉, 아주 높은 압력(20~200mbar)이 형성되었을 때,

압력 릴리프밸브는 대기 중의 산소가 유입되지 않게 하면서 가스를 방출시킨다.

밸브가 축전지 내부의 압력을 제어한다. → VRLA(valve Regulated Lead Acid) 축전지

③ AGM-축전지 사용상의 주의사항

• 14.8V로 충전하지 않는다.(12V 축전지에서)
즉, 급속 충전 프로그램은 이용하지 않는다.

 떼어낸 축전지(소위 독립축전지)를 충전할 때,

그리고 점퍼 스타트 포인트(jumper start point)를 이용하여 충전할 때, 실내온도에서

최대 충전전압은 14.8V를 초과해서는 안 된다.

대부분의 급속충전 프로그램에서 이용하는 충전전압은 14.8V 이상이므로

AGM-축전지를 잠깐 동안 충전하여도 축전지는 손상되게 된다.

• 설치 위치
AGM-축전지는 엔진룸에 설치하지 않는다.

엔진룸은 공간적으로 온도차가 크기 때문에 AGM-축전지를 엔진룸에 장착해서는 안 된다.

엔진룸에 장착하면, 수명이 현저하게 단축된다.

• 하우징
AGM-축전지는 어떠한 경우에도, 개봉해서는 안 된다.

대기 중의 산소가 유입되면 축전지가 자신의 화학적 평형을 상실하여, 작동 불가능하게 되기 때문이다.

• 축전지 충방전 시
충전 시 (＋)극에서 발생하는 산소는 유리섬유를 거쳐 (－)전극으로 간다.

산소는 (－)전극에서 전해액의 수소이온과 반응하여 물을 생성한다.(산소 사이클) → 전해액이 손실되지 않는다.

가스가 과도하게 발생할 때에도 가스압력이 20~200mbar가 되어야 릴리프밸브가 가스를 방출한다.

이 때 릴리프밸브는 공기 중의 산소가 축전지 내부로 유입되는 것을 방지한다.

(5) HD-축전지(heavy duty battery)

내-사이클 축전지와 내진동 축전지를 결합시킨 형식으로 주로 대형 디젤자동차에 사용된다.

(6) S형 축전지(S-type battery)

구조는 내-사이클 축전지와 비슷하지만, 극판의 두께가 두꺼운 대신에 극판 수가 적다.

이 형식의 축전지는 저온방전 시험을 하지 않는다.

시동출력은 같은 크기의 일반 시동축전지보다 약 35~40% 정도 낮다.

주로 반복적으로 격심한 부하를 받는 장치에 사용한다.